Идея фотона как кванта электромагнитного поля




Эйнштейн предположил, что не только поглощение излуче­ния происходит порциями энергии, но и само излучение существу­ет в виде дискретных микроскопических объектов — квантов све­та.

На фоне больших успехов волновой теории света возврат к давно забытой корпускулярной концепции казался невозможным. И все же в 1909 г. Эйнштейн пришел к необычному выводу о том, что свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами.

Идея дуализма (лат. dualis — двойственный) света как волны и корпускулы — кванта другими учеными была принята скептически. Но в 20-х годах гипотеза световых квантов или фотонов (греч. photos — свет) нашла экспериментальное подтверждение. Американский физик А. Комптон установил, что при рассеянии легкими элементами рентгеновских лучей в рассеянном излучении появляются лучи с измененной длиной волны, зависящей от угла рассеяния.

При всей своей необычности образ фотона под давлением фактов вошел в сознание ученых.

Итак, если Планк в неявной форме применил идею дискретности к энергии, то Эйнштейн распространил ее на электромагнитное поле. Кванты энергии и кванты поля, т.е. фотоны ознаменовали рождение новой, неклассической физики. Ее сущностью стала идея кванта как многообразной прерывности. При этом, дискретность нашла новую связь с непрерывностью.

4. Корпускулярно - волновой дуализм

Веществоэто волны. Догадка о корпускулярно-волновом дуа­лизме применительно к свету была высказана Эйнштейном в 1909 г. Объяснение эффекта Комптона сделало ее достоверной физичес­кой истиной.

де Бройля— не только свет, но и вещество обладает корпускулярно-волновым дуализмом.

Свет и вещество являются видами единой материи, если ее пони­мать достаточно широко. Стало быть, если свету присуще фунда­ментальное свойство дуализма, то оно не может не принадлежать и веществу. Тут де Бройль исходил из принципа симметрии сущнос­тных свойств физической материи. Таким образом, с каждым те­лом вещества (микрочастицы, макротела) сопряжены некоторые волны определенной частоты или длины волны:

"Волны де Бройля". Этот образ весьма сильно повлиял на ав­стрийского физика-теоретика Э. Шредингера (1887—1961). Если всем телам присущи волновые процессы, то и электронам соответ­ствуют свои волны. Данный вывод в 1926 г. он представил в виде дифференциального уравнения для волновой функции, описывающей форму электронных волн. Так возникла волно­вая механика как одна из двух разновидностей квантовой механики. Волновая механика утверждается как физическая теория. В 1927 г. волновая механика получила прямое экспериментальное подтверждение. К. Дж. Дэвиссон и Л. Дж. Джермер провели опыты по рассеянию электронов на поверхности металлов.

Таким образом, идея де Бройля о волнах вещества стала несомненной теорией, и кор-пускулярно-волновой дуализм представил природу вещества и электромагнитного поля.

Квантовая механика внесла в научную картину природы очень важный вывод. Все виды физической материи обладают нераздель­ным единством прерывных и непрерывных свойств. Это положе­ние надолго стало предметом бурных научных и философских дис­куссий.

Открытие микромира. В 1897 г. был обнаружен электрон, масса которого оказалась намного меньше массы атома. Открытие радио­активности показало, что атомы могут распадаться с выделением излучения и энергии. Под давлением этих фактов рухнула древняя идея о неделимости атома.

1). Атом как "булка с изюмом"

Первая модель атома была построена английскими физиками В. Томсоном и Дж. Томсоном к 1903 г.

Несмотря на наивность такой, модели, представление о слоистом расположении электронов оказалось перспективным.

Планетарная модель атома

Резерфорд разработал новый вариант планетарной модели. В центре атома расположено ядро с размерами порядка 10 13 см. Вокруг него вращаются электроны, число которых таково, что общий заряд ато­ма равен нулю. И это число равно порядковому номеру элемента в периодической системе Менделеева.

Против планетарной модели были выдвинуты возражения. Согласно электродинамике вращающиеся электроны должны непрерывно излучать электромагнитные волны, терять энергию и падать на ядро, что ведет атом к неустойчивости. Однако этого в природе не наблюдается. Кроме того, модель не могла объяснить вид эмпирически установленных атомных спектров.

Квантовая модель атома

В 1913 г. датский физик Н.Х.Д. Бор (1885—1962) внес в плане­тарную модель принципиально новые идеи, выходящие за пределы классической физики. Они получили название постулатов Бора. Каждый_ллектро.н..может совершать устойчивое движение по оп­ределенной орбите, не испуская и не поглощая электромагнитного излучения. Если электрон переходит с одной орбиты на другую, то он испускает или поглощает определенную порцию энергии, вели­чина которой кратна кванту hvj Такой переход не является посте­пенным и представляет собой квантовый скачок. При поглощении атомом излучения электрон переходит с внутренней, более близ­кой к ядру, орбиты на внешнюю, более далекую от ядра. При об­ратном переходе атом излучает фотоны с квантами энергии.

Теория Бора удов­летворительно объяснила спектр водорода, ре подтвердили опыты Франка и Герца по ионизации паров ртути ударами электронов.

Квантовая модель объясняет периодическую таблицу Менделеева. Квантовая теория Бора помогла представить строение сложных атомов.

То, что гениально угадал Менделеев, Бор объяснил теоретически, с помощью квантовых принципов. И все же теория Бора не объясняла того, откуда следуют определенные количества электронов в оболочках (2, 8, 16, 32). Этот пробел заполнили немецкий физик В. Паули (1900—1958) и другие ученые.

Гипотеза Паули о двузначности электрона обрела ясный смысл, что подтвердили опыты Штерна и Герлаха. С этого времени спин стали выражать двумя квантовыми числами, а полное состояние электрона в атоме — четырьмя квантовыми числами. И здесь Паули предложил принцип, согласно ему в атоме не может быть двух или более электронов, для которых зна­чения всех четырех квантовых чисел одинаковы.

Периодическая система Менделеева получила полное теоретическое объяснение.

Принципы:

Принцип неопределенности, по мне­нию Бора, вынуждает пересмотреть классическую версию объек­тивности, согласно которой объект исследования не зависит от эк­спериментального измерения (наблюдения).

Таким образом экспериментатор-наблюдатель в некотором смысле созда­ет изучаемую реальность и этот вклад выражает принцип неопре­деленности.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-07-22 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: